Consideremos un instrumento básico para generar señales en guías de onda…
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eremos un instrumento básico para generar señales en guías de onda… a=2.286 cm b=1.0 cm f c (GHz) en vacío TE 10 : 6.56 TE 20 : 13.12 TE 01 : 8.0-12.5 GHz ¿Por qué esta banda? (1 GHz = 10 9 Hz) SALIDA Potencia Frecuencia ON/OFF En pulgadas: 0.9x0.4… Banda X Estándar (código WR90) las frecuencias de operación de una guía con dimensiones razonable Para los TE y los TM se tiene la misma frecuencia de corte, pero OJO: no hay TM con m o n =0… 2 2 1 cmn m n a b Hay propagación monomodo en toda la banda del generado (por supuesto, otros generadores para banda X podrían tener frecuencias ligeramente distintas, por ejemplo de 7 a 12, etc.) Olvidemos de momento el resto de los controles…
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Consideremos un instrumento básico para generar señales en guías de onda…. Frecuencia. Potencia. Olvidemos de momento el resto de los controles…. SALIDA. 8.0-12.5 GHz ¿Por qué esta banda? (1 GHz = 10 9 Hz). ON/OFF. - PowerPoint PPT Presentation
Transcript of Consideremos un instrumento básico para generar señales en guías de onda…
Consideremos un instrumento básico para generar señales en guías de onda…
a=2.286 cm
b=1.0 cm
fc (GHz) en vacío
TE10:
6.56
TE20:
13.12
TE01:
14.76
TE11 y TM11:
16.16…..
8.0-12.5 GHz ¿Por qué esta banda? (1 GHz = 109 Hz)
SALIDA
PotenciaFrecuencia
ON/OFF
En pulgadas:0.9x0.4…
Banda X Estándar(código WR90)
Veamos las frecuencias de operación de una guía con dimensiones razonables…
Para los TE y los TM se tiene la misma frecuencia de corte, pero OJO: no hay TM con m o n =0…
2 21
cmn
m n
a b
Hay propagación monomodo en toda la banda del generador(por supuesto, otros generadores para banda X podrían tener frecuencias ligeramente distintas, por ejemplo de 7 a 12, etc.)
Olvidemos de momento el resto de los controles…
10 GHz
Intentemos detectar la señal, antes de aplicarla a nuestra guía…
(II) Digital: Ancho de banda 25 MHz y velocidad de muestreo 250
Megasamples/seg. No vale…(I) Analógico: Ancho de banda 20
MHz. No vale…
(III) Digital: Ancho de banda 12 GHz y velocidad de muestreo 40
Gigasamples/seg. OK.
Un seno de 10 GHz tiene un espectro (módulo de la transformada de Fourier) consistente en una delta de Dirac a 10 GHz. El osciloscopio solo puede detectar variaciones de señal con frecuencias características que no superen su ancho de banda (si son algo superiores serán atenuadas, si son muy superiores no se verán…
…………………..
20 MHz para (I) y 25 MHz para (II)(La respuesta ha caído en un factor 21/2)
1“Respuesta” del osciloscopio (Función de transferencia). Mientras sea plana e igual a 1 todo va bien…
Localización en f de la energía de la señal(delta en +10 GHz)
f
12 GHz para (III)
0 0 0 0. ( cos( )) cos( ) ( ) ( )2
j t AT Fourier A t A t e dt f f f f
Si f0=10 GHz ésta es una delta en -10 GHz (f<0). Irrelevante
OJO con los cables… deben ser cortos y estar bien apantallados
Los cables pueden producir pérdidas considerables a partir de 1 GHz… incluso si son coaxiales.
NBNC
SMA
CONECTORES COAXIALES TÍPICOS
Pongamos en marcha el osciloscopio y veamos algunos trucos…
500 s
Veamos ahora si sería posible detectar algo con un osciloscopio más barato…
La onda cuadrada que modula a la sinusoide tiene una frecuencia de 1 kHz. Se puede detectar con un osciloscopio convencional? Veámoslo. la señal observada es un producto de dos funciones:
( ) ( ) ( ) * ( )F x t y t X f Y fPropiedad de Transf de Fourier F:
( ) ( ( )), ( ) ( ( ))X f F x t Y f F y t Donde se define
( ) * ( ) ( ) ( )X f Y f X Y f d
0 0( ) * ( ) ( )X f f f X f f Propiedad de la convolución:
Definición de convolución:
Espectro de una onda cuadrada:Deltas con amplitudes distribuidas según una Función “sinc”
0[ (1 )] · sin( )DCSeñal V squarewave kHz A t
0 2 4 6 8 100
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
f(kHz)
Spectrum of a 1 kHz square wave plus a DC level of VDC=1V
Espectro de un único pulso(función sinc continua)
Espectro de la onda cuadrada(sumatorio infinito de deltas)
El espectro de la señal observada es éste mismo, pero teniendo como origen a f0 !
El detector ha de ser no lineal para “convertir” las frecuencias (interesa producir frecuencias bajas a partir de otras que son muy altas). El detector más sencillo: un diodo. Supongamos que se le aplica un voltaje V(t), consistente en una superposición de la señal de alta frecuencia (CW) y un nivel de continua (puede venir de la polarización del diodo).
,
eqV
kTsatI I
2 2
0 0( ) cos cos2 ...4 4DC D D D
A AI t I G AG t G t
2
( ) ....2DC D D
vI t I vG G
DC
DV
dIG
dV
2
2
DC
D
V
d IG
dV
2
4D
DC
A GI
A pesar de lo anterior, podemos utilizar osciloscopios baratos si tenemos un “detector”
Hay un incremento del nivel de continua proporcional a A2!
( ) DCV t V v(t) 0cosv(t) A tcon Entonces la corriente es
Supongamos que la señal es débil (casi siempre es así). Desarrollamos en serie en torno al nivel de continua…
Por tanto,
Así pues, se ve “algo” en el nivel de continua!
Podemos repetir el razonamiento para cada delta del espectro de la onda cuadrada -> lo que obtendríamos en lugar del incremento de continua sería (aparte de otros armónicos no deseados que se filtran con facilidad) una reconstrucción de todo el espectro de la onda cuadrada…
El anterior desarrollo era para una onda monocromática. Qué ocurre con la modulada?
CW
MODULADA
La información sobre la frecuencia se pierde, pero se obtiene información sobre la intensidad de campo con instrumentación que no necesita funcionar a frecuencias altas.
Otro detector alternativo al diodo: el bolómetro. Es un dispositivo que convierte la radiación recibida en incrementos de temperatura…
Detectores para guías de onda. El medidor de onda estacionaria
/ 4Carcasa para diodoAntena
Filtro pasobaja
SalidaBNC
Sección de guía ranuradaDetectores basados en diodos
Selector de alimentación red/batería
Selector de dispositivo diodo/bolómetro
Ajustes de ganancia
Selector de escala normal/expandida
Ajuste de ancho de banda
Ajuste de frecuencia central
Entrada BNC
Selector de alimentación red/batería
Selector de dispositivo diodo/bolómetro
Ajustes de ganancia
Selector de escala normal/expandida
Ajuste de ancho de banda
Ajuste de frecuencia central
Entrada BNC
Selector de alimentación red/batería
Selector de dispositivo diodo/bolómetro
Ajustes de ganancia
Selector de escala normal/expandida
Ajuste de ancho de banda
Ajuste de frecuencia central
Entrada BNC
Selector de alimentación red/batería
Selector de dispositivo diodo/bolómetro
Ajustes de ganancia
Selector de escala normal/expandida
Ajuste de ancho de banda
Ajuste de frecuencia central
Entrada BNC
El medidor de onda estacionaria es esencialmente un milivoltímetro de alterna (para señales de 1 kHz, típicamente) graduado especialmente para medir VSWR. Este factor se mide desplazando la sonda con el detector y comparando la lectura en un máximo de señal con la lectura en un mínimo.
Medidas básicas. VSWR
1. Detectar un máximo de señal.2. Ajustar la ganancia y el rango hasta tener la lectura
en el origen de escalas (extremo izquierdo).3. Desplazar la sonda hasta el mínimo más próximo.
La lectura indicará VSWR.4. Si VSWR > 3, reducir la ganancia en 10 dB y realizar
una lectura más precisa con la escala inferior
Hay otras escalas (expandida, para VSWR muy pequeñas) y dB (expresa VSWR en dB).
VSWRdB=20log10(VSWR). Obsérvese que el 10 de la escala en dB (la inferior) coincide
aproximadamente con el 3.2 de la escala de VSWR normal [10=20log10(3.1623)]
VSWR=10 dB
VSWR=3.2
Comparación de longitudes de onda
El montaje acaba en una antena que ilumina una placa conductora. Esta placa genera una onda estacionaria que se localiza tanto en la guía ranurada como entre la antena y la placa. En el primer caso la distancia entre mínimos o máximos de señal es 0/2. En el segundo es g/2.
2 2 20
1 1 1
4g a
Para el modo TE10
0 / 2/ 2g
Región de “transición” para
Eliminación de reflexiones con un atenuador
La guía ranurada permite medir la onda estacionaria producida por el poste. Aumentando la atenuación se observa que VSWR disminuye. El detector al final de la guía evalúa la potencia que se pierde
Calibración de un desfasador
La calibración está basada en comparar el desfase introducido a una posición determinada del tornillo micrométrico con un desplazamiento del cortocircuito. Supongamos que se desea calibrar el desfasador a intervalos constantes, cuya amplitud llamaremos . Entonces el método sería el siguiente:
a) Inicialmente se sitúa el desfasador en su posición de mínimo desfase y el corto en su posición más alejada del desfasador.
b) Se ajusta la posición de la sonda hasta detectar un mínimo de señal.
c) Se desplaza el corto en una distancia x' tal que la diferencia de fase entre las posiciones inicial y final de la sonda sea . Es decir, x'=/d) Se desplaza la lámina desfasadora hasta detectar nuevamente el mínimo. De esta forma se obtendría el primer punto de la tabla de calibración. Si x1 es la posición final de la lámina desfasadora, entonces a x1 le corresponde un desfase .
Se repiten los pasos c) y d) para distintas posiciones de la lámina desfasadora, hasta alcanzar el máximo desfase posible (180º).
Cortocircuito variable
Lámina dieléctrica de bajas pérdidas
